JP2006187816A - 光学製品または光学製品の成形用金型の製作方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学面加工用のデータ処理を、短時間にミスなく行うことができ、作製コストの大幅な低減化を図ることが可能となる光学製品または光学製品の成形用金型の製作方法を提供する。
【解決手段】ＮＣ加工機を用いて光学製品または光学製品成形用金型の製作方法において、光学ＣＡＤによる光学面設計データを定型化した書式に自動変換する設計工程と、樹脂収縮率から前記定型化した書式のデータを相似拡大し、金型光学面形状定型データに変換し、このデータを用いて作成された３次元モデルとシミュレーションを行う加工検討工程と、３次元モデルから汎用ＣＡＭソフトウエアを使用してＮＣデータを作成し、光学面の荒加工を行う一方、前記シミュレーション結果等に基づいて光学面仕上加工用ＮＣデータを作成し、光学面を加工する加工工程と、を有する構成とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学製品または光学製品の成形用金型の製作方法に関し、具体的には自由曲面形状を有する光学製品または光学製品の成形用金型の製作方法に関するものである。

従来において、光学製品及び光学製品の成形用金型の製作方法とし、例えば特許文献１のように、複合光学製品とその金型において、３次元ＣＡＤで設計を行い、そのモデルデータから荒加工・仕上げ加工ＮＣデータを作成し、加工するシステムが提案されている。
また、特許文献２のように、成形品の光学面形状誤差を補正するために、成形品を測定し、形状回帰曲線演算により樹脂収縮量を求め、金型の形状補正を行うシステム、あるいは特許文献３のように、光走査装置を用いて、光学系のうち一枚のレンズを補正することで、所定の性能を得る手法、等が提案されている。
特開平１０−３４５１２号公報 特開平５−９６５７２号公報 特開２００２−２５４４９０号公報

ところで、光学面の加工値は、樹脂収縮量演算や形状補正を行うことで複雑に変化しており、また光学面は複雑な数式と有効桁数の多い係数により定義されていることから、光学製品または光学製品の成形用金型の製作に際して、これらを手動で編集を行うのはミスが発生しやすく、作業に膨大な時間がかかる。このようなことから、上記特許文献１〜３等の提案がなされているが、これらのものにおいても、光学面の加工値を短時間にミスなく行う上で、必ずしも満足の行くものではなかった。

本発明は、上記課題に鑑み、光学面加工用のデータ処理を、短時間にミスなく行うことができ、作製コストの大幅な低減化を図ることが可能となる光学製品または光学製品の成形用金型の製作方法を提供することを目的とするものである。

本発明は、つぎのように構成した光学製品または光学製品の成形用金型の製作方法を提供するものである。
すなわち、本発明は、ＮＣ加工機を用いて自由曲面を有する光学製品または光学製品成形用金型の製作方法において、
光学ＣＡＤによる光学面設計データを、定型化した書式にソフトウェアを用いて自動変換する設計工程と、
前記書式に対応した自動化ソフトウェアを用い、樹脂収縮率から前記定型化した書式のデータを相似拡大し、光学面形状定型データに変換する一方、
前記光学面形状定型データを解析して加工条件を決定すると共に、前記光学面形状定型データを用いて３次元ＣＡＤ上で作成された光学面モデルに基づいて光学面の３次元モデルを作成し、前記３次元モデルと前記光学面形状定型データに基づいて光学面加工中における加工点以外での干渉の有無を確認するシミュレーションを行う加工検討工程と、
前記３次元モデルから汎用ＣＡＭソフトウェアを使用してＮＣデータを作成し、前記光学面の荒加工を行うと共に、前記シミュレーション結果と前記光学面形状定型データに基づいて本加工するための光学面仕上加工用ＮＣデータを作成し、
前記光学面仕上加工用ＮＣデータを用いて、前記荒加工後のワークに光学面加工をする加工工程と、
を有することを特徴としている。

本発明によれば、光学面加工用のデータ処理を、短時間にミスなく行うことができ、製作コストの大幅な低減化を図ることが可能となる光学製品または光学製品の成形用金型の製作方法を実現することができる。
また、光学面データを書式化することで、ソフトウェア開発が容易になり、その書式をチェックする構成を採ることによって、データの取り違いや、誤ったデータで加工するミスをなくすことが可能となる。

上記した構成により、本発明の課題を達成することができるものであるが、本発明の実施の形態においては、より具体的には、光学ＣＡＤで設計した複雑な数式と係数で定義されている自由曲面を有する光学製品あるいは光学製品成形用金型をＮＣ加工機にて製作するに際し、つぎのような光学設計工程と、加工検討工程と、加工工程と、を経てこれらを加工する方法を提供することができる。
その際、上記光学設計工程は、光学設計データを定型化した書式を設定し、光学ＣＡＤの出力を前記書式に自動変換するソフトウェアにより、光学設計データを書式化する過程と、前記書式のチェックを行う過程と、を備えた構成とすることができる。
また、上記加工検討工程は、上記書式に対応した自動化ソフトウェアにより、樹脂収縮量から光学設計定型データを相似拡大し、形状定型データに変換する過程と、この形状定型データから形状解析し、鏡面加工条件を決定する過程と、前記形状定型データから３次元ＣＡＤ上で光学面モデルを作成し、それに基づいて３次元モデルを作成する過程と、前記３次元モデルと前記形状定型データから光学面加工中に加工点以外に干渉の有無を確認するシミュレーションを行う過程と、を備えた構成とすることができる。
また、上記加工工程は、上記３次元モデルから汎用ＣＡＭソフトウェアを使用してＮＣデータを作成し、金型の荒加工を行う過程と、
上記干渉シミュレーション結果と前記金型形状定型データから光学面仕上げ加工用ＮＣデータを作成し、このＮＣデータで前記金型荒加工後のワークに光学面加工する過程と、を備えた構成とすることができる。
このような本実施の形態の構成によれば、光学面形状情報を定型化することで、光学設計から金型光学面加工までの工程におけるデータ処理を自動化し、ミスなく、短期間に製作が可能になり、大幅にコストを削減することが可能となる。

また、本発明の実施の形態においては、前記光学面設計データを定型化した書式は、光学面形状を示す数式の種類及びその係数の表記と、光学有効領域を示す表記と、光線方向と空気側又は素子側の関係を示す表記と、任意のポイントにおける光学面形状の計算データの表記と、生産工程と光学面形状データの関連付けを示す表記と、を含むようにした構成を採ることができる。これにより、ソフトウェア開発が容易になる。また、光学面データは、開発フェーズごと、型の更新ごと、補正ごと、キャビティごと、設計変更ごと、工程ごとに異なり、膨大なデータ量が複雑に変化するため、生産工程と光学面形状データの関連付けを行う情報を持つことでデータの管理とミスのない運用が可能となる。
また、本発明の実施の形態においては、前記定型化した書式をチェックする過程において、データ書式内の前記任意のポイントにおける計算データと、前記数式及びその係数から算出した値との比較を行い、係数データの改ざん及びシステム間の光学面計算ルーチンのチェックを行うように構成することができる。このような書式のチェックを行わない場合には、光学面データは複雑な数式と有効桁数の多い数字の羅列で表記されているため、データの信頼性は感覚的に確認することができないところ、上記書式のチェックによって各工程において光学面データを用いる前に確認をすることができ、データの取り違いや、誤ったデータで加工するミスをなくすことが可能となる。
また、本発明の実施の形態においては、前記加工検討工程において、前記光学面形状定型データを解析して加工条件を決定するに際し、光学面有効領域もしくは加工領域における最大高低差と、最小曲率量と、最大傾き量を解析し、光学面の加工条件を決定する構成を採ることができる。これにより、光学面の形状から加工方法の決定及び、加工バイトの選定を自動的に行うようにすることが可能となる。
また、本発明の実施の形態においては、前記加工検討工程において、前記光学面形状定型データを用いて３次元ＣＡＤ上で光学面モデルを作成するに際し、光学面形状を任意の矩形領域または光学有効領域で光学面描写する構成を採ることができる。これにより、光学面を含む３次元モデルを作成することができ、このモデルは汎用ＣＡＭにより荒加工用ＮＣデータ計算に用いることができる。また、光学面の有効領域を描写することで、３次元ＣＡＤ上で光学面の位置を考えながら光学素子の設計を行うことが可能となる。
また、本発明の実施の形態においては、前記加工検討工程において、シミュレーションを行うに際し、前記光学面形状定型データから算出した光学面加工ＮＣデータをもとに、鏡面駒と工具と加工装置モデルを実際の加工機の運動に合わせて、各モデルの相対位置を変えることによって、各モデル間における干渉の有無の確認をする構成を採ることができる。これにより、実際の加工に用いる加工条件や光学面加工ＮＣデータ計算プログラムを用いてシミュレーションを行うため、実加工にそのまま流用することが可能となる。また、新規に光学面加工プログラムを開発する場合はデバッグ環境としても利用できる。

以下に、本発明の実施例について説明する。
本実施例は、本発明および上記本発明の実施の形態を適用して、光学金型の光学面加工方法を構成したものである。
図１に、本実施例における光学金型の光学面加工方法のフローチャートを示す。図１に示すように、本実施例における光学金型の光学面加工方法の流れは、大きく分けて、光学設計部１、光学金型加工検討部２および光学金型加工部３の部分からなる。
また、本実施例における光学金型の光学面加工方法においては、たとえば、図２に示すような自由曲面レンズ用金型をＲバイトでフライカット加工することを想定している。図２において、２１は鏡面駒であり、２２はＲバイトが旋回したときの工具形状である。
また、本実施例においては、定型形状データの操作及び解析は、全て書式が読み込み可能なソフトウェアを構築し、コンピュータ処理を行っている。

つぎに、図１のフローチャートに基づいて、本実施例における光学金型の光学面加工方法の流れについて説明する。
まず、光学設計部１のｓｔｅｐ１において、目的とする光学設計を光学ＣＡＤによって行う（ｓｔｅｐ１；光学設計）。
つぎに、光学ＣＡＤによる光学面設計データを、表１に具体的に示したような定型化した書式データにソフトウェアを用いて自動変換する（ｓｔｅｐ２；光学形状データ定型書式変換）。
表１において、パラメータの表記法は、パラメータ種類を示すタグと、続けてパラメータ値を記述するタグ形式を用いている。タグの種類としては、ａ生産工程と光学形状の管理情報を示すタグ（ｆｉｌｅｔａｇ）と、ｂ数式の種類を示すタグ（Ｗ）と、ｃこの数式の係数を示すタグ（Ｃ）と、ｄ光学有効範囲を示すタグ（ｍｋ）と、ｅ任意のポイントにおける計算値を記述するタグ（ｃｈｅｃｋ０：ローカル座標、ｃｈｅｃｋｃｈ０：グローバル座標）がある。このように、光学面情報を示す全情報がこの書式において記述可能とされている。

つぎに、ｓｔｅｐ３において上記書式変換を行ったデータに対して、書式の確認を行うと同時に、上記表１で示した光学面形状データの定型書式でのｅ任意のポイントにおける計算値により光学ＣＡＤによる設計値と生産システムの形状解析ルーチンに計算誤差がないことを確認し（ｓｔｅｐ３；書式チェック）、光学面形状定型データを作成する（ｓｔｅｐ４；光学面形状定型データ）。

つぎに、上記光学設計部１のｓｔｅｐ４に続く、光学金型加工検討部２のｓｔｅｐ５において、前記書式に対応した自動化ソフトウェアを用い、前記光学面形状定型データに樹脂収縮率を乗算演算により相似拡大し（ｓｔｅｐ５；樹脂収縮量計算）、金型光学面形状定型データに変換する（ｓｔｅｐ６；金型光学面形状定型データ）。
ここで、乗算演算による相似拡大を行うデータの種類は、上記表１で示した光学面形状データの定型書式でのｃ光学面形状を示す係数と、ｄ光学有効領域と、ｅ任意のポイントにおける面形状の計算データである。各データの演算方法は、ｃ光学面形状を示す係数については樹脂収縮率を変数の次元数だけ累乗した値と係数との乗算を行い、ｄ光学有効領域とｅ任意のポイントにおける面形状の計算データについては樹脂収縮率と各値との乗算を行う。

また、ｓｔｅｐ５に続く他方のｓｔｅｐ７においては、ｓｔｅｐ６のデータを入力し、金型光学面形状の最大高低差（ＰＶ）と一階微分値の最大傾き量（θｘ，θｙ）と二階微分値の最小曲率（Ｒｘｚ，Ｒｙｚ）を求める（ｓｔｅｐ７；金型光学面形状解析）。
これにより、加工スキャン方向やフライカット用のバイト及びバイトホルダを選定することができる。ここで、具体的な方法を示すと、加工効率向上のため最小曲率が大きい方向をバイトの旋回方向とし、加工スキャン方向は旋回方向に対して直角になる。バイト旋回半径はその曲率よりも小さいものを選定する。最大高低差からはバイトホルダ軸とワークが干渉しないホルダ軸径を選定する。最大傾き量からはＲバイトのウィンドアングルを選定する。

つぎに、ｓｔｅｐ７に続くｓｔｅｐ８においては、ｓｔｅｐ６のデータ、描写データ密度、描写領域を入力し、３次元ＣＡＤのマクロ言語に変換し、３次元ＣＡＤ上で実行する（ｓｔｅｐ８；３次元金型光学面描写）。
ここで、指定が可能な描写領域としては、任意の矩形領域と、ｓｔｅｐ６の金型光学面形状定型データ内で定義している上記表１で示した光学面形状データの定型書式でのｄ光学面有効領域がある。
つぎに、ｓｔｅｐ８に続くｓｔｅｐ９においては、ｓｔｅｐ８で作成された３次元金型光学面から３次元金型モデルを作成し（ｓｔｅｐ９；３次元金型モデル作成）、３次元金型モデルを得る（ｓｔｅｐ１０；３次元金型モデル）。
さらに、上記光学金型加工検討部２内におけるｓｔｅｐ１０に続くｓｔｅｐ１０’において、ｓｔｅｐ６の金型光学面形状定型データとｓｔｅｐ１０の３次元金型モデル等を用い、加工条件よりシミュレーション用の光学面加工ＮＣデータを作成し、３次元ＣＡＤのマクロ言語に変換し、３次元ＣＡＤ上で前記ｓｔｅｐ１０における３次元金型モデルと加工装置モデルを実際の加工装置の動作に合わせて移動させ、モデル間の干渉の有無を確認する（ｓｔｅｐ１０’；光学面加工シミュレーション）。

つぎに、上記光学金型加工検討部２のｓｔｅｐ１０に続く、光学金型加工部３のｓｔｅｐ１１において、ｓｔｅｐ１０で得られたモデルを用いて汎用ＣＡＭによる荒加工用ＮＣデータを作成する（ｓｔｅｐ１１；汎用ＣＡＭによる荒加工用ＮＣデータの作成）。
つぎに、ｓｔｅｐ１１に続くｓｔｅｐ１２では、上記ｓｔｅｐ１１で作成された荒加工用ＮＣデータを用い（ｓｔｅｐ１２；荒加工用ＮＣデータ）、荒加工を行う（ｓｔｅｐ１３；荒加工）。

一方、上記光学金型加工検討部２のｓｔｅｐ１０’に続く、光学金型加工部３のｓｔｅｐ１１’において、上記ｓｔｅｐ１０’のシミュレーション結果を用いて、本加工用の光学面加工用ＮＣデータを作成する（ｓｔｅｐ１１’；光学面加工用ＮＣデータ作成）。
つぎに、ｓｔｅｐ１１’に続くｓｔｅｐ１２’では、上記ｓｔｅｐ１１’で作成された本加工用の光学面加工用ＮＣデータを用い（ｓｔｅｐ１２’；光学面加工用ＮＣデータ）、光学面の加工を行う（ｓｔｅｐ１３’；光学面加工）。
なお、上記実施例では光学金型の光学面加工方法の一例について説明したが、本発明はこのような実施例に限定されるものではなく、光学製品の製作方法にも適用されることは、言うまでもないことである。

本発明の実施例における光学金型の光学面加工方法のフローチャート。 本発明の実施例における光学面加工の一例を説明する図。

Claims (6)

1. ＮＣ加工機を用いて自由曲面を有する光学製品または光学製品成形用金型の製作方法において、
   光学ＣＡＤによる光学面設計データを定型化した書式に、ソフトウェアを用いて自動変換する設計工程と、
   前記書式に対応した自動化ソフトウェアを用い、樹脂収縮率から前記定型化した書式のデータを相似拡大し、光学面形状定型データに変換する一方、
   前記光学面形状定型データを解析して加工条件を決定すると共に、前記光学面形状定型データを用いて３次元ＣＡＤ上で作成された光学面モデルに基づいて光学面の３次元モデルを作成し、前記３次元モデルと前記光学面形状定型データに基づいて光学面加工中における加工点以外での干渉の有無を確認するシミュレーションを行う加工検討工程と、
   前記３次元モデルから汎用ＣＡＭソフトウェアを使用してＮＣデータを作成し、前記光学面の荒加工を行うと共に、前記シミュレーション結果と前記光学面形状定型データに基づいて本加工するための光学面仕上加工用ＮＣデータを作成し、
   前記光学面仕上加工用ＮＣデータを用いて、前記荒加工後のワークに光学面加工をする加工工程と、
   を有することを特徴とする光学製品または光学製品成形用金型の製作方法。
2. 前記設計工程における前記光学面設計データを定型化した書式は、光学面形状を示す数式の種類及びその係数の表記と、光学有効領域を示す表記と、光線方向と空気側又は素子側の関係を示す表記と、任意のポイントにおける光学面形状の計算データの表記と、生産工程と光学面形状データの関連付けを示す表記と、
   を含むことを特徴とする請求項１に記載の光学製品または光学製品成形用金型の製作方法。
3. 前記設計工程は、前記光学面設計データを定型化した書式をチェックする過程を含み、該過程においてデータ書式内の前記任意のポイントにおける計算データと、前記数式及びその係数から算出した値との比較を行い、係数データの改ざん及びシステム間の光学面計算ルーチンのチェックを行うことを特徴とする請求項２に記載の光学製品または光学製品成形用金型の製作方法。
4. 前記加工検討工程において、前記光学面形状定型データを解析して加工条件を決定するに際し、光学面有効領域もしくは加工領域における最大高低差と、最小曲率量と、最大傾き量を解析し、光学面の加工条件を決定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光学製品または光学製品成形用金型の製作方法。
5. 前記加工検討工程において、前記光学面形状定型データを用いて３次元ＣＡＤ上で光学面モデルを作成するに際し、光学面形状を任意の矩形領域または光学有効領域で光学面描写することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学製品または光学製品成形用金型の製作方法。
6. 前記加工検討工程において、シミュレーションを行うに際し、前記光学面形状定型データから算出した光学面加工ＮＣデータをもとに、鏡面駒と工具と加工装置モデルを実際の加工機の運動に合わせて、各モデルの相対位置を変えることによって、各モデル間における干渉の有無の確認をすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光学製品または光学製品成形用金型の製作方法。

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